Quantificare motivazione sociale nei topi mediante condizionamento operante
Summary
This article describes a new protocol for the quantitative measurement of social motivation in mice using operant conditioning for a social reward. The protocol is useful for the measurement of social motivation in mouse models of autism and other disorders of social behavior.
Abstract
In questo protocollo, la motivazione sociale si misura nei topi attraverso un paio di condizionamento operante paradigmi. Per condurre gli esperimenti, a due camere scatole navetta erano dotati di due leve operante (sinistra e destra) e un ricettacolo alimentare in una camera, che è stato poi diviso dalla seconda camera da una porta a ghigliottina automatizzato coperto da una griglia metallica. Diversi topi stimolo, ruotati attraverso giorni di test, serviti come stimolo sociale dietro la griglia di filo, ed erano visibili solo dopo l'apertura della porta a ghigliottina. Topi di prova sono stati addestrati a premere la leva per aprire la porta e ottenere l'accesso al partner stimolo per 15 sec. Il numero di presse a leva necessarie per ottenere la ricompensa sociale aumentato progressivamente su un programma fisso di 3. sessioni di test si è conclusa dopo i topi di prova fermato leva premuto per 5 minuti consecutivi. L'ultimo rapporto o breakpoint rinforzato può essere usato come una misura quantitativa di motivazione sociale. Per il secondo paradigma, ttopi est sono stati addestrati a discriminare tra presse a leva sinistra e destra in modo da ottenere sia una ricompensa alimentare o la ricompensa sociale. I topi sono stati premiati per ogni 3 presse di ogni rispettivo leva. Il numero di ricompense alimentari e sociali può essere paragonato come una misura del valore attribuito ad ogni ricompensa. Il rapporto di ogni tipo di ricompensa può essere confrontata tra ceppi di topi e il cambiamento di questo rapporto può essere monitorato in sessioni di test per misurare la sazietà con un determinato tipo di ricompensa. Entrambi questi operante condizionamento paradigmi sono molto utili per la quantificazione di motivazione sociale in modelli murini di autismo e altri disturbi del comportamento sociale.
Introduction
Negli ultimi anni, il legame tra fattori genetici e ambientali per i disturbi del comportamento sociale tra cui disturbi dello spettro autistico, ha portato allo sviluppo di modelli murini progettati per esplorare il ruolo di questi fattori nel comportamento sociale. Questo ha creato una domanda di nuove tecniche per la caratterizzazione del comportamento sociale nei topi, tra cui una misura quantitativa della motivazione sociale 1.
Ci sono diversi paradigmi stabiliti che possono essere usati per dimostrare motivazione sociale in topi, tuttavia; tutti hanno gravi limitazioni alla loro capacità di quantificare la forza del comportamento motivato. Ad esempio, alcune delle prime valutazioni comportamentali inclusi semplici osservazioni di interazioni sociali tra due roditori che non hanno mai incontrato. Diversi comportamenti, tra cui si avvicina, in seguito, annusando, e governare sono spesso misurati, e possono fornire un indice di motivazione sociale. Sono stati condotti inizialmente Questi studiin ratti 2-5, e poi adattato per l'uso in topi 6,7. Assuefazione / Dishabituation paradigmi di riconoscimento sociale in cui la sperimentazione animale è esposto più volte allo stesso stimolo animale (assuefazione), e quindi esposti a un animale romanzo (Dishabituation) anche fornire una misura di motivazione sociale 8. Come le etichette suggeriscono, animali tipici mostrerà una risposta comportamentale abituata alla presenza ripetuta degli stessi animali di stimolo ma dimostreranno Dishabituation, o un ritorno alla linea di base, se esposti al romanzo animali. La risposta assuefazione probabile dimostra un calo della motivazione del mouse test per interagire con il mouse stimolo. Paradigmi scelta sociale che permettono un mouse di prova di scegliere tra una camera vuota e un mouse di stimolo limitato a una camera diversa sono stati utilizzati anche per valutare la motivazione sociale. Un processo inizia tipicamente posizionando il mouse di prova in una camera centrale neutra. Alcune versioni di questo compito comporta tethering il mouse stimolo per una camera 9. Una modifica di questo compito impiegato l'uso di un contenitore di filo nei topi stimolo evitando stabulazione fissa stimolo 10. Più recentemente, un compito condizionata posto preferenza sociale è stato sviluppato in cui i topi sono stati condizionati ad associare camere distinte visivamente con la presenza o assenza di un partner sociale, e poi lasciata per esplorare le camere vuote seguente condizionamento 11. Più tempo trascorso nella camera dove accoppiamenti sociali precedentemente verificati è considerato un indice di motivazione sociale.
Tutti i paradigmi di cui sopra forniscono dati importanti relativi al fenotipo sociale dei topi. Tuttavia, mentre si può osservare se un topo dimostra un "desiderio" di cercare l'interazione sociale nei paradigmi di cui sopra, la forza di questo "desiderio", vale a dire., Motivazione sociale, è difficile da misurare. La forza di comportamento motivato hatradizionalmente stata misurata nei roditori creando uno scenario in cui devono lavorare in modo da accedere alla sorgente della loro motivazione. Si tratta di solito roditori di formazione in un paradigma operante coinvolge cibo come il fattore motivante. Tuttavia, questo metodo è stato impiegato in precedenza per studiare motivazione sociale nei ratti, ma o richieda l'accesso a un partner sessuale per i ratti maschi o, per le femmine, l'accesso ai propri cuccioli (rivisto in Matthews et al., 2005) 12,13.
Prima dello sviluppo dei paradigmi motivazioni sociali descritte di seguito, c'era solo un altro studio che ha indagato la motivazione sociale al di fuori della motivazione sessuale utilizzando un paradigma operante con i topi 12. In questa serie di esperimenti, outbred topi Swiss Webster stati formati a premere una leva per ottenere l'accesso ad un conspecifico stesso sesso. In un esperimento, una latenza significativamente ridotta inizi a rispondere per l'accesso al mous destinazionee è stato dimostrato nei topi individualmente ospitato rispetto ai topi del gruppo-alloggiato suggeriscono maggiore motivazione a cercare l'accesso sociale in questi topi socialmente isolati. In un altro esperimento di questo stesso studio, il confronto è stato effettuato tra saline e l'ossitocina antagonista (atosiban) topi infusi. È interessante notare che i topi-farmaco infuso dimostrato un significativo aumento della latenza per iniziare rispondere per accedere al mouse destinazione suggerendo motivazione ridotta per un premio sociale in questi topi.
Mentre questi esperimenti rappresentano un nobile tentativo di quantificare motivazione sociale nei topi utilizzando condizionamento operante, sono stati anche fortemente limitate e sono notevolmente migliorati utilizzando i metodi descritti di seguito. Ad esempio, un difetto fondamentale apparente nel primo esperimento sopra descritto (esperimento 2 dello studio effettivo) era uso dei ricercatori di soli 2 topi bersaglio alternati attraverso giorni di test. Precedenti ricerche hanno dimostrato che il riconoscimento sociale in gruppo ospitatotopi possono durare da un minimo di 7 giorni che portano alla riduzione di indagine sociale, con l'esposizione ripetuta alla stessa destinazione 14. Tuttavia, il riconoscimento sociale, in ratti e topi individualmente alloggiati dissipa entro 1-2 ore in modo che le durate di indagine sociale rimangono a livelli di base se un'esposizione ripetuta alla stessa destinazione è di almeno 2 ore dopo l'esposizione iniziale 15-17. La latenza ridotta di topi alloggiati individualmente inizi a rispondere per l'accesso sociale riportato nella Matthews et al. Esperimento può essere una conseguenza della mancanza di riconoscimento sociale dei topi bersaglio attraverso giorni di test 12. Questo potenziale confondente è controllato dai metodi indicati utilizzando un nuovo target del mouse su ogni giorno di prova. Inoltre, in entrambi gli esperimenti del Matthews et al. Lo studio di cui sopra, non c'erano differenze nel numero totale di presse a leva effettuate tra i gruppi segnalati. E 'possibile che una differenza totale presse a leva potrebbe avere essereit rilevato se i ricercatori hanno utilizzato un rapporto progressivamente crescente di risposte per premiare ed usati nel nostro disegno di ricerca riportate qui di seguito. Inoltre, l'accesso al mouse obiettivo è stato controllato manualmente dallo sperimentatore, sollevando una scatola che copriva il bersaglio. L'utilizzo di una porta a ghigliottina a controllo automatico per l'accesso al mouse destinazione elimina la possibilità di artefatti dovuti alla presenza dello sperimentatore. Infatti, al fine di automatizzare completamente la motivazione sociale paradigmi operanti, attrezzature di ricerca è stato personalizzato come descritto di seguito.
Protocol
Representative Results
Discussion
I paradigmi operanti motivazione sociale descritte in questo articolo sono strumenti potenti per la caratterizzazione del comportamento sociale in modelli murini di patologie umane. Piuttosto che permettere un mouse test per scegliere passivamente un incontro sociale, questi paradigmi richiedono sforzo dal mouse di prova per ottenere un premio sociale. La quantità di sforzo che un mouse test è disposta a produrre per ottenere il premio sociale fornisce una misura quantitativa della motivazione sociale. Inoltre, attraverso il paradigma di confronto valenza, un comportamento motivato può essere paragonato tra i diversi tipi di ricompensa. Entrambi questi paradigmi operanti può essere utilizzato per valutare motivazioni sessuali e parentali pure presentando stimolo appropriato sul lato opposto della porta a ghigliottina.
Lo sviluppo di questi paradigmi motivazione sociale ha comportato la risoluzione dei problemi di più variabili chiave. Ad esempio, attraverso pilota studia la quantità di tempo che la ricompensa i socials presentato è stata abbassata da 30 sec a 15 sec. Mentre questo tempo è sufficiente per le interazioni sociali tra test e stimolo topi, la ricerca futura può ottimizzare la quantità di tempo per il premio sociale. Allo stesso modo, il progressivo aumento rapporto presse a leva a ricompense sociali è stata abbassata da un tasso fisso di 5 a 3 in base alle ricerche pilota.
Il numero di giorni necessari per raggiungere leva asintotico premendo comportamento inizialmente valutata attraverso 30 giorni di sessioni di test al giorno. È stato stabilito che la maggior parte dei topi raggiungono asymptote in 7 giorni in modo che il numero di sessioni di test è stato abbassato a 20. prestazione giornaliera non variare tuttavia, così la media dei dati nel corso degli ultimi 10 giorni assicura prestazioni asintotico fornendo allo stesso tempo una migliore indice delle vere prestazioni media di un minor numero di giorni di test. I ricercatori dovrebbero monitorare i loro dati per garantire che le prestazioni asintotica è raggiunto entro 10 giorni di prova o modificare il protocollo, se necessario.
Trasessioni ining sono stati abbassati da 1 ora a 30 min. Il numero di sessioni di formazione richiesti non dipende dal ceppo di topo e di alcuni topi può essere arbitrariamente designato come nonlearners dopo un numero fisso di sessioni di formazione 18. Il numero di giorni di formazione necessari per raggiungere il criterio per l'avanzamento al paradigma test fornisce un altro indice di motivazione sociale ed è quindi degno di inseguimento. I ricercatori possono anche voler provare diverse opzioni di cibo fedeltà per il paradigma di confronto valenza. Tuttavia, è importante che i topi di prova sono inizialmente formati utilizzando un premio puramente sociale e poi testato nel paradigma motivazione sociale prima di iniziare il paradigma di confronto valenza.
Questi paradigmi operanti motivazione sociale possono essere modificati e migliorati attraverso la misurazione delle variabili aggiuntivi rispetto a quelli indicati nel protocollo di cui sopra. Ad esempio, la posizione di ciascun topo nella sua rispettiva camera può essere monitorato utilizzando currently disponibili software commerciale. Inoltre, i comportamenti specifici, tra cui il contatto naso-naso o vocalizzazioni ultrasoniche possono essere lanciati durante le interazioni sociali. I ricercatori possono ulteriore esperimento con adattamenti dei rapporti utilizzati nel paradigma motivazione sociale o con processi che coinvolgono l'assenza di un partner sociale o addirittura confronti che coinvolgono altri stimoli dietro la porta a ghigliottina, come un video di una conspecifico o anche un fantoccio. Per il paradigma di confronto valenza, analisi delle dinamiche di scelta in tutti gli studi in grado di fornire ulteriori informazioni per quanto riguarda spostamenti di motivazione a causa di sazietà per un particolare tipo di ricompensa 18.
Mentre questi operanti paradigmi motivazioni sociali forniscono uno strumento tanto necessario per quantificare motivazione sociale nei topi, hanno alcune limitazioni. In primo luogo, questi paradigmi richiedono topi di avere la capacità cognitiva di fare associazioni apprese tra la leva di pressatura e la ricompensa sociale. Alcuni modelli di mouse puòhanno deficit nelle abilità sia cognitive e sociali che rende difficile valutare la motivazione sociale utilizzando questi paradigmi. In secondo luogo, la natura dell'incontro sociale è limitata come i topi sono solo permesso di interagire attraverso una griglia metallica. Tuttavia, i topi sono ancora in grado di impegnarsi con successo in molti comportamenti sociali tipici, in particolare, naso a naso indagini. Una limitazione finale di questi metodi è che sono intensità di lavoro e richiedono molto tempo per essere completata. La formazione e la sperimentazione attraverso entrambi i paradigmi richiede un minimo di due mesi di sedute quotidiane. Alcuni topi possono richiedere molto più tempo per imparare l'associazione leva premendo estende il numero di sessioni. Mentre i paradigmi di certo non si qualificano le tecniche high-throughput, i dati che esse generano è di grande valore e vale l'investimento lavoro richiesto. Tuttavia, per fornire una caratterizzazione più completa del comportamento sociale di un particolare modello di topo, si raccomanda che questi paradigmi ci sianocato in combinazione con altri metodi consolidati di misurazione comportamento sociale nei topi.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo il Consiglio di Ricerca di Facoltà presso Azusa Pacific University di sovvenzioni. Ringraziamo anche Ashley Schneider, Michael Gregg, e Hannah Esempio per il supporto tecnico.
Materials
| Modular Shuttle Box | Med Associates Inc. | ENV-010MC | |
| Auto-Guillotine Door | Med Associates Inc. | ENV-010B | |
| Mouse Levers | Med Associates Inc. | ENV-3010M | |
| Liquid Dipper with Food Receptacle | Med Associates Inc. | ENV-202M-S | |
| Eight-Channel I/R Controller | Med Associates Inc. | ENV-253C | |
| Melamine Sound-Attenuating Cubicle | Med Associates Inc. | ENV-016MD | |
| MED-PC IV Software Program | Med Associates Inc. | MED-PC IV | |
| Microsoft Lifecam Camera | Microsoft | ||
| Wire Grid | Wire grids can be purchases from a hardward store. We cut wire grids from stainless steel mouse cage tops. | ||
| 70% Ethyl Alcohol | Used to clean shuttle boxes between mice. Specific brand is unnecessary. | ||
| Evaportated Milk | Carnation | 0.02 mL combined with 0.2% sucrose. We always purchase the same brand for better consistency. | |
| Sucrose | Any brand of pure granular sugar will due as it is dissolved in the evaporated milk. |
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